핵반응로는 20세기의 최신 학문인 양자역학이 동원된, 인류가 만들어낸 가장 기술적으로 진보된 기계장치이다. 그렇기에 집에서 핵 반응로를 만든다는 것은 위험해 보이기도 하지만 뭔가 간지나 보이기 따름이다. '취미로 핵 반응로를 만든다' 라고 자신을 소개하는 것 만큼 특이한 것은 없지 않겠는가?

<취미로 원자로를 만드는 사람이다>

 실제로 1994년 미국에선 '데이비드 한'이라는 소년이 집에서 직접 핵분열 원자로를 만들려 시도하다 잡혀가 '개인은 원자로를
가질 수 없다'라는 법이 생겨난 계기를 만들기도 했다. (만드는데 성공했다 알고 있는 사람들도 꽤 있던데 사실 실패했다.)

 이렇게 핵분열로를 만드는 것도 개인이 하기에는 불가능에 가까운데, 아크 리액터와 같은 핵융합로를 개인이 만드는 것은 당연히 말도 안 된다 생각하는 것도 당연하다. 그야 핵융합 발전은 아직 상용화되지도 않았으니 말이다.

<아이언맨의 아크 리액터, 작중에선 상온 핵융합 기술과 비슷하게 묘사된다>

 하지만 아니라면 어떨까? 실제로 전기를 생산해내는 핵융합 발전소를 우리가 만들진 못하지만, 핵융합 반응을 실제로 일으키는, 그리고 보기에도 간지나는 핵융합로를 집에서 작동시킬 수 있다면? 그것을 가능하게 하는 것이 바로 Farnsworth–Hirsch Fusor, 줄여서 FUSOR이다.

<실제 작동하는 FUSOR의 모습>

 Farnsworth–Hirsch Fusor는 이름에서 볼 수 있듯이 Farnsworth와 Hirsch라는 두 사람에 의해 1960년대 초에 만들어졌는데, 앞의 Farnsworth의 풀 네임은 '필로 판스워스'로 텔레비전의 발명가 중 한 명이다. 그는 텔레비전을 개발할 당시 진공관 속에서 일어나는 현상에 관심을 가지게 되었다.

 그것은 바로 전자가 한 전극에서 다른 전극으로 이동할때 고주파 자기장에 의해 가운데에서 정지하는 현상인데, 그런 전자들이 진공관의 중심에 쌓여 다른 정지하지 않은 전자들과 충돌해 전극을 손상시키곤 했다. 이런 현상은 텔레비전에 있어서는 피해야 할 문제겠지만, 판스워스는 그에 주목해 역으로 전자들을 원하는 위치로 집중시킬 수 있다는 사실을 깨달았다.

 당시에도 핵융합 기술 연구에 있어서 고온의 플라즈마들이 벽에 부딫히지 않게 하다는 사실이 중요하다는 것은 널리 알려져 있었고, 판스워스는 입자들을 원하는 위치에 고정시키는 이 기술이 핵융합에 있어 매우 유용할 것이라 생각한 것이다. 자기장을 통한 플라즈마와 벽과의 분리라는 개념 자체는 현재 사용되는 토카막과 같다 볼 수 있다. (다만 토카막 기술 자체는 판스워스보다 앞서 만들어졌다)

<K-STAR에 들어가는 토카막. 21세기 현재 핵융합 기술의 주류이다>

초기 판스워스가 만들었던 Fusor는 실린더 형태의 전극으로 위에서 말한 방법으로 입자들을 고정하고, 바깥 사방에서 전자총을 통해 양전자들을 발사해 충돌시키는 방법을 사용했다.

<판스워스의 Fusor 반응로>

현재의 Fusor는 보다 간단한 형식을 택한다. 판스워스와 달리 현재는 아마추어 취미용으로 주로 쓰이기 때문에, 보다 제작 및 관리가 편한 방식을 사용하는 것이다. 아래 그림에는 뭔가 잔뜩 달려 있지만, 사실 필수적인 요소는 단 4개 뿐이다. 물론 방사능을 신경쓰지 않는다면 말이다. 핵분열 정도는 아니어도 핵융합 과정에서도 방사능이 좀 나오긴 나온다. 고작 이 정도로 치명적인 레벨에 이르지는 않겠지만...

<간단한 Fusor의 설계도>

1. 고전압 공급 장치 : 앞서 말했지만 이 물건은 강력한 자기장을 통해 입자들을 핵융합에 이르게 하고, 강한 자기장을 얻으려면 강한 전기가 필요하다. 핵융합을 일으키기 위해선 대략 2만볼트의 전압과 10밀리암페어의 전류가 필요하다 한다. 음... 감전되지 않게 조심하자

2. 전극 : 판스워스는 실린더 형태로 했지만 우리는 구형으로 하는게 편하기도 하고 보기도 멋지다. 보통 내부/외부 전극이라는 형식을 철저히 지키며 아래와 같이 구형으로 만드는데, 고온에 잘 버티는 텅스텐으로 만드는게 가장 적합하다고 한다.

<내부와 외부의 철망이 다 전극이다>

3. 가스 레귤레이터 : 연료를 반응로에 공급하기 위해 필요하다. 여기서 원료란 수소, 그 중에서도 중수소를 말한다. 구하기 어렵긴 하지만 법적으로 막혀 있는 건 아니다. 자체로 방사능 물질은 아니기에 우리도 돈만 주면 구할 수는 있다.

<와! 25L에 단돈 40만원!>

다만 중수소라 하더라도 수소는 수소이기에 강한 폭발력을 가진다. 그렇기에 아마 직접 만든다면 중수를 구한 다음 전기분해를 통해 조금씩 추출해 사용하는 것이 권장될 것이다. 물론 중수도 판다.

<좀 비싸긴 하다>

계산에 따르면 대략 200mm 지름의 반응로에선 100ml의 중수만 있어도 70일 넘게 반응로를 24시간 내내 돌릴 수 있다 한다. 위에 보면 중수 100g이 18만원쯤 하고 중수 100g이면 90ml쯤 하므로 하루에 2800원쯤 들어가는 셈이다. 우리 모두 하루에 커피 한잔만 안 마시면 집에서 핵융합로를 굴릴 수 있다! 사실 이쯤 되면 연료 가격보단 전기세가 더 나가지 않을까?

어쨌든 얘기가 잠깐 삼천포로 샜는데 우리는 판스워스가 썼던 것 같은 전자총은 필요 없다. 전극 안쪽에만 밀어넣으면 자기장이 알아서 다 해 줄 테니까. 그러니까 레귤레이터로 연료가 조오금씩 투입되게 하는데만 집중하면 된다. 중수소는 비싸니까...

4. 진공 장치 : 말했듯이 판스워스는 진공관에서 나타나는 현상을 보고 이 Fusor를 만들었다. 그러니까 우리도 반응로 내부가 진공으로 유지되도록 노력해줄 필요가 있다.

 자 이렇게 핵융합로를 만들기 위한 준비는 다 끝났다. 생각보다 간단하지 않은가? 이런 구조 덕분에 소모 비용은 적게 잡으면 100만원에 불과하다 한다. 물론 안전을 생각한다면 가이거 계수기 하나쯤은 준비해 두자.

 다만 안타깝게도 이 Fusor는 발전을 위한 핵융합로에는 적합하지 않다. 발전을 하려면 적어도 우리가 투입하는 고전압 이상은 전기를 뽑아줘야 하는데 아무리 잘 쳐줘도 10퍼센트도 생산해내지 못한다 한다. 하지만 해외에선 많은 사람들이 이 녀석이 뿜어내는 간지에 매료되어 제작하고 있고, 작긴 하지만 관련 커뮤니티도 있다. 돈 많고 안전에 철저하고 공학적 지식이 있으며 간지나는 핵융합로를 원하는 펨창 스타크는 나만의 아크 리액터를 한번 만들어 보는 게 어떨까?

이하는 관련 영상들

https://www.youtube.com/watch?v=EVOBk-InL00

https://www.youtube.com/watch?v=38xVBd60yas

https://www.youtube.com/watch?v=9vERIyKwWvo

https://www.youtube.com/watch?v=gfs9H1UIoVU

https://www.youtube.com/watch?v=Yq6jazuQ89I

주의: 필자는 핵융합로를 만들거나 운용하다가 일어나는 사고에 대해 일체 책임지지 않습니다. 필자는 이 물건을 직접 만들어 본 적이 없으므로 안전에 있어서는 별 다른 도움이 되지 못합니다. 만드는 거 자체가 불법은 아니지만 위험한 물건이므로 주의하십시오.

그리고 시험기간에 갑자기 뽕이 차서 열심히 써봤는데 추천 많이 눌러주세요 ㅎㅎ...

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